Energiespeicher Schlüsselfrage einer nachhaltigen Energieversorgung

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Berndt Kohl
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1 Energiespeicher Schlüsselfrage einer nachhaltigen Energieversorgung Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin Beckmann Akademie 19. Februar 10 HTW Berlin

2 Vortragsinhalte Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Potenziale und Auswirkungen regenerativer Energien Einsatzmöglichkeiten und Speicheroptionen 2

3 Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung 3

4 Entwicklung der Weltenergieversorgung 100% An nteil am Welt-Prim märenerg giebedarf _ 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% % 10% regenerative Energieträger Kernenergie fossile Energieträger 0% Jahr

5 CO 2 -Emissionen und Treibhauseffekt Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin ,9 Mt C Energiebe edingte CO 2-Emiss sionen _ Temperatur 0,7 0,5 0,3 0,1-0,1 raturände erung Globale Tempe CO 2 -Emissionen ,3 5

6 Der Treibhauseffekt Landwirtschaft Rückstrahlung Industrie Waldzerstörung Energieverbrauch 6

7 Langfristige Entwicklung der CO 2 -Konzentration CO 2 -Konze entration n ppm Jahr 7

8 Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA 8

9 Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA 9

10 Gebiete in Bangladesh unter 1 mnn 10

11 Bedrohte Gebiete Hamburg Berlin Grafik: Norbert Geuder, DLR 11

12 Klimaschutzforderungen an Industrienationen Reduktion der CO 2 -Emissionen gegenüber 1990 bis 05 bis bis % -50 % -80 % 12

13 Entwicklung der CO 2 -Emissionen in Deutschland 10 Mt Referenzjahr 1990 Ziel -25 % Ziel -50 % Wiedervereinigung Emission nen_ 1000 Gesamtdeutschland Wirtschafts- krise 800 alte Bundesländer Kohlen ndioxid neue Bundesländer 0 Trend Trend Ziel Ziel Ziel Trend

14 Anforderungen für Deutschland im 21. Jahrhundert bis 05 bis -50 Reduktion der CO 2 -Emissionen -25 % -2 % p.a. -1 %pa p.a. 14

15 Optionen zur CO 2 -Reduktion Kernenergie Kohlendioxidfreie fossile Kraftwerke Energiesparen Regenerative Energien 15

16 These I Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin In Industrieländern wie Deutschland müssen wir 2 % pro Jahr an fossilen Energieträgern g durch Einsparungen und/oder regenerative Energien ersetzen. Die Kernenergie ist keine Alternative. ti 16

17 Potenziale und Auswirkungen 700 Bruttostrom mverbrauch in TWh Fossile Kraftw. Kernenergie Regen. Import Geothermie Biomasse Photovoltaik Windkraft Wasserkraft

18 Primärenergieverbrauch in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung Primä ärenergiev verbrauch in PJ_ nicht energetisch Fossil Kernenergie Wasserstoff Wärmepumpe Geothermie Biomasse Solar Import Solarthermie Photovoltaik Windkraft Wasserkraft

19 Kohlendioxidemissionen nach Sektoren 10% 19% Energiewirtschaft 43% Wärmesektor Transportsektor Industrieprozesse 28% 19

20 Primärenergiebedarf im Transportsektor in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 3000 Primärene ergiebedarf Transpor rt in PJ_ Elektrizität Wasserstoff Biomasse Fossil

21 Primärenergiebedarf im Wärmesektor in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung rgiebedarf Wärme in PJ Fernwärme Strom Fossil Wasserstoff Geothermie Wärmepumpen Solarthermie Biomasse Primärene

22 Bruttostrombedarf in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung % 40 % 70 % 600 Bruttos stromverbr rauch in TW Wh Fossile Kraf twerke Kernenergie Import (regenerativ) Geothermie Biomasse Photovoltaik Windkraft Wasserkraft

23 Regenerative Anteile am Stromverbrauch BEE Szenario BMU Plus- Variante BMU Leitszenario Ist 08 0% % 40% 60% 80% 100% Photovoltaik Windkraft (onshore) Windkraft (offshore) Biomasse Geothermie Wasserkraft Restbedarf 23

24 Entwicklung der PV-Installation in Deutschland MW Bisherige Entwicklung BMU Leitszenario BMU Plus-Variante BEE Szenario Trend ohne EEG-Kürzung

25 80000 MW Verlauf der Stromversorgung, aktueller Bedarf Juliwoche Windkraft PV PV Wind Biomasse Wasserkraft Mittel- und Spitzenlast Braunkohle Kernenergie Mittel- und Spitzenlast Braunkohle (Grundlast) Kernenergie (Grundlast) Mo Di Mi Do Fr Sa So 25

26 80000 MW Verlauf der Stromversorgung, BMU Leitszenario Juliwoche, Regenerativer Anteil am Gesamtverbrauch: 30 % PV Wind (Offshore) Wind (Onshore) Geothermie Biomasse Wasserkraft Mittel- und Spitzenlast Grundlast Mittel- und Spitzenlast Grundlast Offshore Wind Windkraft (onshore) Mo Di Mi Do Fr Sa So PV 26

27 80000 MW Verlauf der Stromversorgung, BEE Prognose Juliwoche, Regenerativer Anteil am Gesamtverbrauch: 49 % Offshore Wind PV PV Wind (Offshore) Wind (Onshore) Geothermie Biomasse Wasserkraft Mittel- und Spitzenlast Mittel- und Spitzenlast Windkraft (onshore) Mo Di Mi Do Fr Sa So 27

28 Entwicklung des Grundlastbedarfs MW Ist 08 BMU Leitszenario BEE Prognose BEE + GW PV BEE + 40 GW PV BEE + 60 GW PV h/a 28

29 These II Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Mit zunehmendem Ausbau regenerativer Energien wird id der bisherige i Grundlastanteil t in 10 bis 15 Jahren komplett wegfallen. Braun- und Kernkraftwerke können dann nicht mehr im gewohnten Grundlastbetrieb arbeiten. Deren wirtschaftlicher Betrieb ist praktisch nicht mehr möglich und das Störfallrisiko nimmt deutlich zu. 29

30 Einsatzmöglichkeiten und Speicheroptionen 30

31 Bausteine einer künftigen Stromversorgung Fluktuierende regenerative Erzeugung Regelbare regenerative Erzeugung Verbraucher Zentrale Steuerung Innovative Speicher Überregionaler Ausgleich 31

32 Option Stromimport aus Nordafrika Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin 1 % der Fläche der Sahara genügt um den Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken Ausschlusskriterien: Quelle: DLR Neigung Geomorphologie Hydrologie Meer Landnutzung Schutzgebiet Bevölkerung nutzbar 32

33 Prinzip eines solarthermischen Rinnenkraftwerks 33

34 Mögliche Stromgestehungskosten im Jahr 25 Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Solarthermische Kraftwerke Windkraft Photovoltaik Technologieexport EU Nordafrika Übertragung ca. 1 Cent/kWh 4-5 Cent/kWh h/a 4-5 Cent/kWh h/a 2-3 Cent/kWh h/a 3-4 Cent/kWh h/a 3-4 Cent/kWh h/a 34

35 Leistung eines regenerativen Kraftwerksparks Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Monatsmittlere Leistungsabgabe sowie Verbrauch 90 GW Solar-Import Geothermie Wasser Biomasse Windkraft Photovoltaik 10 Brutto-Verbrauch 0 35

36 These III Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Durch Stromimport und einen intelligenten Mix aus verschiedenen regenerativen Energien lässt sich der Speicherbedarf minimieren. Eine saisonale Speicherung kann dadurch weitgehend vermieden werden. Es existiert aber ein hoher Bedarf an Kurzzeitspeichern. 36

37 Bausteine einer künftigen Stromversorgung Fluktuierende regenerative Erzeugung Regelbare regenerative Erzeugung Verbraucher Zentrale Steuerung Innovative Speicher Überregionaler Ausgleich 37

38 Speicheroption Pumpspeicherkraftwerke Oberbecken Einlaufwerk Transformator Druckrohrleitung Wasserschloss Staumauer Maschinenhaus Maschine Pumpturbine Netz Unterbecken Potenzial für Deutschland: Installierte Leistung: 7 GW Installierte Speicherkapazität: 40 GWh Ausbaumöglichkeiten: gering

39 Speicheroption Wasserstoff Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin 100 % Elektrolyse 85 % Transport Speicherung H 2 H 2 68 % Verstromung Brennstoffzelle GuD-Kraftwerk 40 % Potenzial für Deutschland: Installierte t Speicherkapazität: ität >10 TWh 39

40 Speicheroption adiabate Druckluftspeicher Potenzial für Deutschland: Speicherwirkungsgrad: 70% Ausbaumöglichkeiten: hoch Speicherdichte kleiner als bei Wasserstoff 40

41 Speicheroption Wärmespeicher Potenzial für Deutschland: 40 Millionen Haushalte Wärmespeicherkapazität je 100 Liter bei ΔT = 10 C je 1 kwh Speicherkapazität 40 GWh Ladeleistung je 2,5 kw 100 GW 41

42 Speicheroption Elektromobilität Potenzial für Deutschland: 40 Millionen PKW Ladeleistung je 15 kw 600 GW Speicherkapazität je 55 kwh 2,2 TWh 1,3 Tage Elektrizitätsbedarf Deutschlands 42

43 These IV Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Verschiede innovative Speicherkonzepte können den nötigen Kurzzeitspeicherbedarf i einer regenerativen Energieversorgung g g decken. Systeme mit Doppelnutzen wie Elektroautos lassen sich besonders kostengünstig realisieren. 43

44 Fazit Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin Um die globale Erwärmung wirksam zu stoppen, müssen wir bis zum Jahr 50 eine Energieversorgung g g auf Basis regenerativer Energien realisieren. Dies erfordert eine andere Versorgungsstruktur und einen höheren Speicherbedarf. Technisch und ökonomisch ist der Umbau problemlos zu bewältigen. Worauf warten wir noch? 44

45 Zum Nachlesen Volker Quaschning Erneuerbare Energien und Klimaschutz Hanser Verlag 340 Seiten in Farbe 24,90 45

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